基于柔性衬底的三维生物刺激微电极阵列研究

设计了一种基于聚酰亚胺薄膜的三维生物刺激微电极阵列,用于植入式人造视网膜应用。采用非硅MEMS技术,在柔性衬底上制备出具有生物相容性和化学稳定性,电极高度为80μm的生物刺激电极阵列,通过PDMS牺牲层实现器件从基底的完整释放。实验中器件以聚酰亚胺和PDMS封装,电极柱和焊盘均镀金,从而提高电极的生物相容性。采用三电极法对微电极进行了电化学性能测试,在10^-1～10^5H

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传感器与微系统 ( rnd cr n coyt eh o g s Ta sue dMi ss m Tcnl i ) a r e oe

21 0 0年第 2 9卷第 5期

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基于柔性衬底的三维生物刺激微电极阵列研究周然，陈迪，黄闯，陈翔，刘景全，朱军(上海交通大学微米/纳米加工技术国家级重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室。上海 20 4 ) 0 20摘要：设计了一种基于聚酰亚胺薄膜的三维生物刺激微电极阵列，于植入式人造视网膜应用。采用用

非硅 M M E S技术，在柔性衬底上制备出具有生物相容性和化学稳定性，电极高度为 8 m的生物刺激电极 0阵列，通过 P MS D牺牲层实现器件从基底的完整释放。实验中器件以聚酰亚胺和 P M D S封装，电极柱和焊盘均镀金，从而提高电极的生物相容性。采用三电极法对微电极进行了电化学性能测试， 1~ OH 在 O一 l z频率范围内，其阻抗为 1 5 03kt .— . f。制造出的器件尺寸小，质量轻，可靠性高，机械柔性好，符合生物电刺激要求。 关键词：生物电极；视觉假体； M ME S技术中图分类号：T 0; P 1 . N45 T 2 23文献标识码：A 文章编号：10 -7 7 2 1 )5- 3 -3 009 8 (0 0 0- 14- 0 0

S u y o b o si u a i g m ir ee t o r a t d n 3D i -tm l tn c o lc r de a r yb s d o q i l u sr t a e n fe l s b t a e O l￣ be S x BbZ U R n,C HO a HEN Di ,HU ANG C u n,C N a g I igq a,Z h a g HE Xin,L U J—u n HU u n Jn ( t n l yL b rtr f i o n n a￣cf nT cn lg, e a o aoyo hnFl a d Nai a a oaoyo c/ a oF b a o eh ooy K yL b rtr f i i n o Ke M r i T m Mirtc ooyo i s f d ct n S a g a ioT n nv ri,h g a 02 0 C ia coeh lg f n t o uai,h n h i a o gU ies y S a h i 04, hn ) n M ir y E o J t n 2Ab t a t A n v l 3 b

o si lt g mire e to e ra a d s n d a e o oy mi e h n f m o sr c: o e D i -t mu ai c o lc rd ar y w s e i e b s d n p li d ti l f r n g i

i l na l a t c a rt a No . i c n ME e h i u a p l d O f b c t h lx be mire e t e w t mp a tb e r f il ei . n sl o MS t c nq e w s a pi a r ae te f i l e o l cr i i i n i e i e d o h te h i h f8 m. ih i as i. o a il n h mia t be T e mir ee t d st e ee e r m h eg t 0I whc s l o b o c mp t e a d c e c lsa l . h eo ler e wa h n r la d fo o x b o s s b t t y P MS s c f il ly r p o e s a d p c a e y p l i d n DMS Au Wa l t p ae n t e u s ae b D a r c a a e rc s n a k g d b o ymi e a d P r i i . s eer lt d o o hS ra e o lc rd s a d a s o o t i i— o a ii t . e l crc e c l p o e t s f ee to e s u fc f e e to e n p d t b an b o c mp t l y b i nl ee t h mia rp r e o l c d s Wa o i r

d tce y tr e ee t d t o a d te i e a c a e tt e r n e o .— . f n tt e fe u n y ee td b h e . lcr emeh d. n h mp d e v r d a a g f1 5 0 3 k l a d a rq e c o n i h h 1一 0￣1 Hz Wi e a v n a e f mal i,ih eg t hg ei i t n e i i t t ed vc ss i l 0 . t t d a tg so l sz l t ih, ih r l l y a df x bl y,h e ie i u t e hh s e g w b a i l i a bf rb osi lt n o i .t mu ai . o .

Ke r s y wo d:b o ee t d;vs a p o t

e i;MEMS tc n q e i— lcr e iu l r sh ss o h iu e

0引言

能够进入神经纤维层 L。 2 1设计与材料选择

视网膜变性疾病，,网膜色素变性，如视老年黄斑病变等是主要的致盲眼病，目前，全球共有数千万人罹患此类疾病。正常情况下色素上皮的光感受器接收光刺激产生神经信号，通过视神经传导至大脑皮层，生视觉。在晚期的视产网膜色素变性和老年黄斑病变患者中，由于色素上皮变性，光感受器失去功能，这一过程无法完成，而失去视觉。过从去的几十年中，网膜假体主要关注于色素上皮片层移植，视

本文设计了一种基于聚酰亚胺柔性衬底的三维生物刺

激微电极阵列，图 1如。图中浅部分为聚酰亚胺衬底，厚5 m。其上镀有 c 0p . u导线，线宽为 5,连接焊盘和前端 0p m,

的 2× 2电极阵列。电路上层再以聚酰亚胺封装，保护电路和增加生物相容性。c u电极高度达到 8 m,表面镀 0且 A, u适用于视神经刺激的植入式视觉假体。 生物微电极将附着在视网膜神经纤维层表面上，两者的接触界面非常关键。视网膜是球面状，理想的刺激电极阵列应该有足够可曲性匹配视网膜的曲率，而且，不会对视网膜产生较大的机械压力；同时，由于长期植入于体液环境

替代光感受器，输入电刺激信号。近来的研究表明：直接对视神经或神经纤维的刺激，能在一定程度上恢复患者的也部分视觉…。这种神经刺激的方式对刺激电极的要求与通常的二维电极不同，要求电极高度需要超过 5 m以上， O收稿日期：0 9 0 -9 2 0 - 92